KR20090042990A

KR20090042990A - ｘＤＳＬ 시스템에서의 ＭＩＭＯ 프리코딩을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20090042990A
Application number: KR1020097005921A
Authority: KR
Inventors: 에후드 랭버그; 아밋쿠마 마하데반; 패트릭 드바우트; 마시모 소바라
Original assignee: 코넥스안트 시스템스, 인코퍼레이티드
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-05-04
Also published as: JP4928611B2; WO2008024967A2; US8194767B2; US20110200140A1; WO2008024967A3; EP2055014A2; EP2055014A4; KR101364327B1; EP2055014B1; US7957477B2; JP2010502129A; US20080049855A1

Abstract

비대각 MIMO 프리코더를 위한 시스템 및 방법이 설명된다. 적어도 하나의 실시예는 자기-유발 원단 크로스토크(자기-FEXT)를 제거하기 위해 이산 다중-톤(DMT) xDSL 시스템내에서 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법을 포함하며, 상기 방법은, 주어진 톤 주파수에 대한 초기 비대각 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프리코더(ODMP)를 결정하기 위해 xDSL 시스템 내의 복수의 N개 유저들과 관련된 특성들을 습득하는 단계; 및 복수의 N개 유저들에 대한 다운스트림 자기-FEXT를 제거하기 위해 초기 ODMP로부터 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계를 포함하며, ODMP는 비대각항들만을 갖는 제로 대각 행렬로서 표현되고, 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계는, 주어진 톤 주파수에 대한 복수의 N개 유저들을 위한 채널 용량을 최대화하는 단계; 및 프리코더가 활성화되지 않은 원래 송신 전력에 비해 xDSL 시스템의 송신 전력의 증가를 최소화하는 단계를 포함한다.

비대각, 다중 입력, 다중 출력, MIMO, 프리코더, 크로스토크, DMT, xDSL.

Description

ｘＤＳＬ 시스템에서의 ＭＩＭＯ 프리코딩을 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR MIMO PRECODING IN AN xDSL SYSTEM}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 "Small Variations MIMO Precoders SVMP for Downstream FEXT Mitigation"이라는 명칭으로 2006년 8월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/823,633호의 이익과 우선권을 주장하며, 이 문헌은 본 명세서내에서 그 전체가 참조로서 병합된다. 본 출원은 또한 "Small Variations MIMO Precoders SVMP for Downstream FEXT Mitigation"이라는 명칭으로 2006년 10월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/854,742호의 이익과 우선권을 주장하며, 이 문헌은 본 명세서내에서 그 전체가 참조로서 병합된다. 본 출원은 또한 "Off Diagonal MIMO Precoder ODMP for Cooperative Self Fext Cancellation"이라는 명칭으로 2007년 2월 22일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/902,764호의 이익과 우선권을 주장하며, 이 문헌은 본 명세서내에서 그 전체가 참조로서 병합된다. 본 출원은 또한 "Adaptive Off-Diagonal MIMO Pre-Coder (ODMP) for Downstream DSL Self FEXT Cancellation"이라는 명칭으로 2007년 3월 14일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/894,847호의 이익과 우선권을 주장하며, 이 문헌은 본 명세서내에서 그 전체가 참조로서 병합된다.

일반적으로, 본 발명은 통신 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, xDSL 시스템에서의 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프리코딩에 관한 것이다.

현대의 통신 시스템과 관련된 산업은 증가한 인터넷 대중화로 인하여 괄목할만한 성장을 경험하였다. 디지탈 가입자 회선(xDSL) 기술은 고속 인터넷 액세스에 대한 요구에 응하여 최근해에 개발된 기술이다. xDSL 기술은 기존의 전화 시스템의 통신 매체를 이용한다. 따라서, xDSL-양립가능 고객 댁내의 경우 재래식 전화 시스템(POTS)과 xDSL 시스템은 모두 공통 회선을 공유한다. 마찬가지로, 시간 압축 멀티플렉싱(TCM) 통합 서비스 디지탈 네트워크(ISDN)와 같은 다른 서비스들이 또한 xDSL 및 POTS와 함께 공통 회선을 공유할 수 있다.

xDSL 서비스와 POTS 서비스는 통신 매체상에서 이용가능한 중복되지 않는 주파수 대역들을 이용하도록 배치된다. xDSL 서비스와 POTS 서비스 사이에서는 일반적으로 크로스토크(cross-talk) 또는 기타 간섭현상에 대해 관심이 적은 편이지만, xDSL과 TCM-ISDN은 종종 이용가능한 대역폭의 일부를 공유하며, 이로써 xDSL 서비스는 TCM-ISDN으로부터의 크로스토크가 발생되기 쉽고, 또한 이 반대도 그러하다.

전기통신 기술에서, 용어 "크로스토크"는 메세지 채널과 간섭 채널을 결합시키는 통로를 통해 하나 이상의 다른 채널로부터 해당 메세지 채널로 유입되는 간섭현상을 일컫는다. 크로스토크는 음성 시스템에서 소음이나 데이터 시스템에서 에러를 생성시킬 수 있다. 통신 회신에 미치는 크로스토크의 영향의 정도는 청취자의 청력, 통신 회선상의 외부 노이즈, 결합 통로의 주파수 응답, 및 교란 신호 레벨과 같은 인자에 부분적으로 의존할 것이다.

일반적으로 크로스토크 메카니즘에는 두 가지 유형이 존재하는데, 하나는 원단 크로스토크(far end crosstalk; FEXT)이고, 나머지 다른 하나는 근단 크로스토크(near end crosstalk; NEXT)이다. FEXT는 피교란 페어(pair)상의 수신기가 교란 페어의 송신기와 같이 통신 회선의 원단에 위치할 때에 발생하는 전자기 결합을 일컫는다. 자기-FEXT(self-FEXT)는 동일한 타임 슬롯 또는 주파수의 사용으로부터 생성되는 FEXT를 일반적으로 말한다.

이와 대조적으로, NEXT는 교란원과 동일한 종단에서 메세지 채널내에 간섭을 일으키는 배선 페어의 하나의 종단에 접속된 교란원으로부터 유발된다.

일반적으로 서비스 요청에 따른 전화 케이블내의 배선 페어의 할당은 거의 정확하지 않는 실제 구성의 기록을 통한 페어 활용의 랜덤 분배를 초래한다. (페어 트위스팅, 케이블 브랜칭, 케이블 슬라이싱 등으로 인한) 묶음화된 케이블의 물리적 근접성으로 인하여, 이웃 회선들간의 전자기적 간섭에 의해 야기된 크로스토크는 종종 전송 환경내에서 지배적인 노이즈원이 된다. 게다가, 케이블 브랜칭과 케이블 슬라이싱이 발생하는 케이블내의 페어 트위스팅으로 인하여, 배선 페어는 서로 다른 길이로 뻗어있는 수 많은 다른 페어들과 근접해질 수 있다. 전화 CO(중앙국)에서, 근접한 페어들은 특히, 상당히 다른 길이를 갖는 페어의 경우, 상당한 신호 레벨(수신기 감도) 차이를 가지면서, 다양한 변조방식을 이용하여 다양한 유형의 서비스를 실어나를 수 있다.

크로스토크가 전체 성능에 영항을 미치기 때문에 (NEXT뿐만이 아니라) FEXT와 자기-FEXT 모두는 xDSL 통신 시스템에서 계속해서 문제가 되고 있다. 크로스토 크를 해결하기 위한 현재의 방법들은 증가된 설계 비용과 비효율적인 컴퓨팅 자원 사용과 같은 다양한 인식된 단점들로부터 곤란을 겪고 있다. 따라서, 상술한 결함 및 결점을 해결하기 위한 지금까지 미해결된 요구사항이 본 기술분야에 존재한다.

간단히 설명하여, 하나의 실시예는 자기-유발 원단 크로스토크(자기-FEXT)를 제거하기 위하여 이산 다중톤(discrete multi-tone; DMT) xDSL 시스템내에서 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법을 포함하는데, 이 방법은, 주어진 톤 주파수에 대한 초기 비대각 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프리코더(ODMP)를 결정하기 위해 xDSL 시스템내의 복수의 N개 유저와 관련된 특성을 습득하는 단계와; 상기 복수의 N개 유저에 대한 다운스트림 자기-FEXT를 제거하기 위해 초기 ODMP로부터 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계를 포함하며, 상기 ODMP는 오로지 비대각항만을 갖는 제로 대각 행렬로서 표현되며, 상기 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계는, 주어진 톤 주파수에 대해 복수의 N개 유저를 위해 분배된 채널 용량을 최대화하는 단계와; 프리코더가 활성화되지 않은 원래 송신 전력에 비해 xDSL 시스템의 송신 전력 증가를 최소화하는 단계를 포함한다.

다른 실시예는 xDSL 시스템내의 복수의 유저를 위한 시스템 성능을 증가시키기 위해 프리코딩된 신호를 생성하기 위한 최적의 비대각 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프리코더(ODMP)를 포함하는데, 이 프리코더(ODMP)는, 초기 ODMP를 얻기 위해 복수의 유저와 관련된 xDSL 시스템내에 위치된 채널들의 특성을 습득하도록 구성된 초기화 모듈과; 최소 평균 제곱(LMS) 적응형 알고리즘을 실행함으로써 다운스트림 자기-유발 원단 크로스토크(자기-FEXT)를 감소하기 위해 초기 ODMP로부터 최적의 ODMP를 향해 수렴하도록 구성된 추적 모듈을 포함하며, 상기 ODMP는 오로지 비대각항만을 갖는 제로 대각 행렬로서 표현되며, 상기 추적 모듈은 복수의 유저를 위해 분배된 채널 용량을 최대화하고, 상기 추적 모듈은 xDSL 시스템의 송신 전력 증가를 최소화한다.

또 다른 실시예는 다운스트림 자기-유발 크로스토크(자기-FEXT)를 사전보정하기 위한 xDSL 시스템내의 비대각 MIMO 프리코더(ODMP)를 포함하는데, 이 프리코더(ODMP)는, 초기 ODMP를 획득하기 위해 CPE 채널 특성을 습득하도록 구성된 습득 모듈; 저속 피드백 채널을 통해 에러 데이터를 수신하고 최소 평균 제곱(LMS) 적응형 알고리즘을 실행함으로써 최적의 ODMP를 획득하기 위해 쇼타임동안 초기 ODMP를 업데이트하도록 구성되고, 또한 CPE를 위한 채널 용량을 최대화하도록 구성되고, 또한 xDSL 시스템의 송신 전력 증가를 최소화하도록 구성된 추적 모듈; 및 새로운 CPE를 xDSL 시스템에 추가하는 것과 xDSL 시스템에서 기존 CPE를 제거하는 것 중 하나를 수행하도록 구성된 증가 모듈을 포함한다.

본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징, 및 장점은 이하의 도면 및 상세한 설명의 검토를 통해 본 발명의 당업자에게 자명할 것이거나 자명해질 것이다. 이와 같은 모든 시스템, 방법, 특징, 및 장점은 본 설명내에 포함되고, 본 발명의 범위내에 있으며, 첨부된 청구범위에 의해 보호되는 것으로 한다.

본 발명의 수 많은 실시모습들은 이하의 도면들을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다. 도면내의 구성요소들은 반드시 일정 비례를 갖고 도시될 필요는 없으며, 이 대신에 본 발명의 원리를 명확하게 도시하도록 강조되어 도시된다. 또한, 도면에서, 동일 참조부호들은 여러 도면들에 걸쳐서 동일한 부분들을 가리킨다.

도 1a는 ODMP의 실시예가 적용된 xDSL 시스템을 도시한다.

도 1b는 도 1a에서 도시된 ODMP의 대안적 실시예의 다양한 구성요소를 도시한다.

도 2는 도 1a에서 도시된 최적의 ODMP를 얻기 위한 방법의 실시예에 관한 흐름도를 도시한다.

도 3은 저속 역방향 채널이 어떻게 도 2에서 도시된 방법의 실시예를 구체화하는데 사용될 수 있는지를 보여준다.

본 발명의 다양한 실시모습들을 요약하였기 때문에, 이제부터는 도면내에 도시된 본 발명의 설명에 대해 자세하게 기술한다. 본 발명은 이러한 도면들과 결부되어 설명될 것이지만, 본 명세서에서 개시된 실시예 또는 실시예들로 본 발명을 한정시키려는 의도는 없다. 이와는 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 사상과 범위내에 포함된 모든 대안들, 변형들, 및 등가물들을 커버하는 것을 의도하고 있다.

배경기술로서, 국제 전기통신 연합-전기통신 표준화 섹션(ITU-T)에 의해 규정된 ADSL 시스템에 관한 다양한 표준들이 존재한다. 하나의 ADSL 표준이 ITU-T 권장안 G.992.1 - "비대칭 디지탈 가입자 회선(ADSL) 트랜스시버"에서 설명되어 있으 며, 이 내용 전체는 본 명세서내에 참조로서 병합된다. 중앙국(CO)과 고객 댁내 장비(CPE)사이의 임의의 실제 데이터 송신 이전에, 이 두 개의 엔티티들은 자신들을 서로간에 알리고, 현재 세션에 대한 대역폭 성능을 확인하고, 및 유효 접속의 구축을 한층 용이하게 하도록 설계된 초기화 프로시저를 먼저 거쳐야한다. 국제 전기통신 연합-전기통신 표준화 섹션(ITU-T)에 의해 제공된 ADSL 표준에 의거하면, 이러한 초기화 프로시저들은 다음을 포함한다: 1) 핸드쉐이크 프로시저; 2) 트랜스시버 트레이닝 세션; 3) 채널 분석 세션; 4) 교환 세션; 및 5) "쇼타임"으로서 통상적으로 불리어지는 실제 데이터 송신 세션.

본 발명은 예컨대, ADSL 시스템, 초고속 비트율 xDSL(VDSL) 및 VDSL2 시스템과 같은 DMT 기반의 xDSL 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 실시예들은 xDSL 모뎀과 같은 고객 댁내 장비(CPE)와 CO(이것은 예컨대, xDSL 액세스 멀티플렉서(DSLAM), xDSL 회선 카드, 및 기타 장비를 포함할 수 있다) 사이의 xDSL 시스템내에서의 FEXT 및 자기-FEXT 양쪽의 효과를 완화시키고자 한다. 본 명세서에서 사용되는 명칭을 위해, 용어 "원단 유저", "유저", 및 "CPE"가 상호교환적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명분야의 당업자에 의해 일반적으로 알려진 바와 같이, 용어 새논 채널 용량은 주어진 채널을 통해 확실하게 송신될 수 있는 최대 정보량을 말한다. 프리코딩은 xDSL 시스템내에서의 크로스토크의 효과를 완화시키는데 사용되는 하나의 기술이다. 본질적으로, 크로스토크에 의해 야기되는 간섭은 데이터의 송신 이전에 CO에서 사전보정(또는 제거)된다.

본 명세서에서는 새논 채널 용량을 궁극적으로 증가시키면서 xDSL 시스템내 에서의 인접한 채널들로부터의 자기-FEXT 효과를 감소시키는 비대각 다중 입력/다중 출력 프리코더(ODMP)의 실시예가 설명된다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 ODMP의 실시예는 과도한 시스템 자원량을 소모하는 것 없이 FEXT의 효과를 감소시킨다. 본 명세서에서 설명되는 ODMP의 다양한 실시예들은 다양한 단계들, 즉 (a) xDSL MIMO 채널 및/또는 MIMO 프리코더를 습득하는 단계; (b) (고정된 수의 유저에 대해) xDSL MIMO 채널 및/또는 MIMO 프리코더의 작은 변동을 추적하는 단계; 및 (c) 새로운 유저를 추가시키기 위해 시스템내에 ODMP를 "증가"시키는 단계를 통해 협력적인 자기-FEXT 제거를 달성한다. 이러한 단계들은 이하의 중요한 요건들을 충족시키면서 달성됨을 알아야한다: 1) 자기-FEXT의 효과를 제거하거나 최소화하는 총체적 목적; 2) 시스템의 총체적 송신 전력에 대한 최소한의 영향; 3) 계산 집약적인 역행렬 연산이 필요 없는 선형-적응형 프로세싱의 사용; 4) 에러 데이타를 운송하는데 사용되는 역방향(back) 채널 대역폭의 최소화; 및 5) 제한된 정밀도에 관하여 견고성을 유지하면서 최적의 ODMP로의 고속 수렴의 필요.

이제부터 ODMP의 실시예가 적용된 xDSL 시스템을 도 1a를 참조하여 설명한다. 도 1a에서 도시된 바와 같이, MIMO xDSL 채널은 [N, N] 행렬, 즉 DMT 심볼 시간 인스턴트 t와 이산 주파수 q에서의 H[q,t]로 표현된다. 도 1a에서 도시된 비제한적인 DMT 기반의 xDSL 시스템의 경우에서는, N개의 개별적인 유저[즉, N 세트의 CPE(110a), CPE(110b), CPE(110c)]가 존재한다. 표현 X[q,t]는 프리코딩 이전에 N개의 QAM 다운스트림 송신된 미가공 심볼(raw symbol)들을 집합시킨 복소 벡터를 표시한다. QAM 미가공 심볼들 각각은 m번째 송신기(즉 120a, 120b, 120c)에 대한, DMT 심볼 시간 인스턴트 t와 이산 주파수 q에서의 X _m [q,t](l≤m≤N)로서 표현된다. 마지막으로, 본 명세서에서 설명되는 MIMO 선형 프리코더(즉, ODMP)의 실시예는 [N, N] 행렬 연산자 P[q,t]로 표현된다. 연산자를 포함하는 ODMP 모듈(132)은 일반적으로 CO(130)내에서 이행된다.

상술한 바와 같이, 일반적으로 CO는 xDSL 액세스 멀티플렉서(DSLAM), ADSL 회선 카드(140a, 140b, 140c), 및 CPE(110a, 110b, 11Oc)와 인터페이싱하기 위한 기타 장비를 포함할 수 있다. 도 1a에서 도시된 DMT 기반의 xDSL 시스템은 피드백 데이터 업스트림을 CO(130)에 되돌려 보내기 위해 각각의 유저[즉, N 세트의 CPE(110a), CPE(110b), CPE(110c)]에 의해 사용되는 저속 역방향 채널(160a, 160b, 160c)을 더 포함한다. 각각의 유저로부터 보내진 피드백 데이터는 최적의 ODMP P[q,t]를 구하는데 사용되고, 함수 θ _m [q,t](l≤m≤N)로서 표시된다.

기존의 방법과 관련된 한가지 인식된 단점은 다수의 행렬들에 대해 역행렬 연산을 수행하거나 또는 다수의 선형 시스템들을 포함할 필요가 있음을 내비치고 있는데, 이 모두는 CPE측이나 CO측에서 프로세싱이 수행되는지에 상관없이 계산 집약적이다. 또한, 인식된 다른 단점은 시스템에 새로운 유저를 추가시키기 위해 프리코더를 "증가"시키기 위한 효율적인 수단이 부족하다는 것이다. 본 명세서에서 설명된 실시예들은 계산 집약적인 역행렬 연산이 필요 없는 선형 적응형 프로세싱을 포함시킴으로써 이러한 인식된 단점들을 해결한다. 본 명세서에서 설명된 실시예들은 또한 에러 데이터가 저속 역방향 채널을 통해 고객 댁내 장비(CPE)로부터 CO로 운송될 수 있도록 해주는 메세징 프로토콜을 제공한다. 이 메세징 프로토콜은 CO에서 MIMO 프리코더를 추정하고 업데이트하는데 사용된다.

CPE는 수신 신호의 복조를 개별적으로 수행하기 때문에, MIMO xDSL 채널 행렬내의 대각항들은, 매 CPE마다 수행되는 하나의 탭 주파수 영역 등화기(FEQ)에 의해, 톤 마다, 따로따로 그리고 독립적으로 보정된다. ODMP 모듈(132)의 실시예는 자기-FEXT의 효과를 최소화하는 프리코더를 얻기 위해 습득하고, 추적하고, 및 (새로운 유저의) 증가를 수행한다. ODMP 모듈(132)의 예시적인 실시예는 또한 모든 원단 유저(CPE)의 분배된 새논 용량을 최대화하기 위해 최적의 ODMP 함수를 향해 수렴하는 비용절감된 (최소 평균 제곱) LMS 기반의 알고리즘을 포함한다.

본 명세서에서 설명되는 적응형 알고리즘은 종단 유저로부터 보내진 에러 샘플을 이용한다. 설명하는 바와 같이, 정확한 검출과 완벽한 대각 등화 가정을 통해, 말단 유저 에러 분산값(error variance)의 동시적인 최소화는 각 유저마다의 새논 용량의 최대화를 야기시킨다. xDSL 시스템은 일반적으로 10^-7비트 에러율 또는 이보다 양호한 비트 에러율에서 동작하고, 수천 개의 심볼 길이를 갖는 습득 시퀀스를 이용하기 때문에, 이러한 가정은 일반적으로 xDSL 시스템에서 실행가능함을 유념해야한다. 또한, ODMP의 예시적인 실시예는 복소값 에러 데이터의 인코딩을 위해 16-비트 정밀도를 이용한다. 이와 같은 정밀도는 적응형 방식으로 하여금 0.2dB 또는 그 미만의 FEXT 없는 성능을 근접하게 달성하면서 150 내지 200횟수 만큼 적은 반복횟수로 안정상태(steady state) 해에 수렴할 수 있도록 해준다는 것을 알아 야 한다.

마지막으로, 본 명세서에서 설명된 실시예의 경우, 협동적인 FEXT 제거의 CO 기반 구현예에서, 에러 데이터는 후속 프로세싱을 위해 CPE로부터 CO에 되돌려 전달된다. 에러 데이터를 CO(130)에 반송시키기 위해 저속 역방향 채널(160a 내지 160c)이 CPE(110a, 110b, 110c)에 의해 이용된다. 본 명세서에서 설명된 ODMP에 대한 실시예의 경우, xDSL 접속을 활성화상태로 남겨두면서 수 초 정도 동안에 1,000개의 톤에 대한 (ODMP와 관련된) 습득 단계를 수행하는 데에는 오로지 128kbps 정도의 대역폭을 갖는 역방향 채널로 충분하다. 이것은 매 125ms 마다 1,000개의 ODMP의 업데이트를 가능하게 해준다.

이제부터 도 1a에 도시된 ODMP 모듈(132)의 대안적인 실시예의 다양한 구성요소들을 도시한 도 1b를 참조한다. 일부 실시예들의 경우, ODMP 모듈(132)은 도 1a에서의 xDSL 시스템(130)내에 위치하고, 이것은 초기화 모듈(170), 추적 모듈(172), 및 증가 모듈(174)을 포함할 수 있다. 초기화 모듈(170)은 초기 ODMP를 얻기 위해 xDSL 시스템내에서 CO와 복수의 유저(110a 내지 110c)사이에 위치한 채널의 특성을 습득하도록 구성된다. 추적 모듈(172)은 다운스트림 자기-FEXT를 감소시키기 위해 최소 평균 제곱(LMS) 적응형 알고리즘을 실행함으로써 초기 ODMP 함수에서 최적의 ODMP 함수를 향해 반복적으로 수렴하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, ODMP 함수는 오로지 비대각항들만을 갖는 제로 대각 행렬로서 표현될 수 있다. 또한, 추적 모듈은 xDSL 시스템(130)의 송신 전력을 거의 일정하게 유지하면서 복수의 유저를 위해 분배된 채널 용량을 최대화한다. 증가 모듈(174)은 "쇼타임" 동안에 새로운 유저를 xDSL 시스템에 추가시키는데에 사용된다. 다른 실시예에서, 증가 모듈(174)은 기존의 유저를 시스템(130)에서 제거하는데 사용된다.

이제부터는 다운스트림 FEXT 완화를 위한 최적의 ODMP를 얻기 위한 방법의 실시예에 관한 흐름도를 2를 참조하여 설명한다. 블럭(210)은 습득 단계로 시작하는데, 여기서는 주어진 톤 주파수에 대한 초기 비대각 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프리코더(ODMP)를 결정하기 위해, 종단 대 종단 접속이 이미 쇼타임내에 구축되어 있는 동안에 xDSL 시스템내의 복수의 N개 유저들과 관련된 특성들이 "습득" 된다. 다음으로 블럭(220)에서는, 복수의 N개 유저에 대한 다운스트림 자기-FEXT를 제거하기 위해 최적화 기준을 기초로 최적의 ODMP가 초기 ODMP로부터 얻어지는 추적 또는 수렴 단계가 일어나며, 여기서 ODMP는 오로지 비대각항들만을 갖는 제로 대각 행렬로서 표현된다. 예시적인 실시예에서, 최적화 기준은, 모든 유저의 자기-FEXT를 최소화하도록 하기 위해 주어진 톤 주파수에 대해 모든 유저를 위한 채널 용량을 최대화하는 것과, ODMP를 이행하는 xDSL 시스템의 송신 전력 증가를 최소화하는 것을 포함한다. 마지막으로, 블럭(230)에서, 증가 단계는 새로운 유저가 시스템에 추가되는 경우에서 수행된다. 이와 달리, 본 명세서에서 설명된 ODMP의 실시예는 또한 시스템에서 기존의 유저들을 적응적으로 제거할 수 있다.

이제부터 모든 원단 유저의 톤 마다 분배된 새논 채널 용량을 최대화하는 낮은 복잡성의 적응형 ODMP를 자세하게 설명한다. 본 명세서에서 설명된 MIMO xDSL 채널의 "대각 우세성"과 결합된 ODMP 구조물은 송신 전력에 대해 무시가능한 영향을 미치면서 새논 채널 용량을 최대화하는 최적의 ODMP를 야기시킨다. ODMP의 예시 적인 실시예의 경우에서, 상기 적응형 방식은 본질적으로 계산 집약적인 어떠한 역행렬 연산도 필요하지 않다는 것을 또한 유념해야 한다.

본 명세서에서 사용되는 명칭을 위해, 아래의 표현들은 다음과 같이 이해해야 한다: G[q,t]와 G[q,t]는 각각 N 크기의 열 벡터와 [N, N]행렬을 나타내며, 이것들은 DMT 시간 심볼(t로 표시됨)에서의 톤(q로 표시됨)과 관련된다. 또한, 기호

는

이 되도록 하는 행렬의 프로베니우스 놈(Frobenius norm)을 표시한다. 특정의 DMT 심볼 시간 인스턴트 t에서의 하나의 특정한 이산 주파수 톤 q(q∈{q ₁ ,...,q _Q })에 대한 협동적 다운스트림 xDSL 자기-FEXT 제거를 위한 MIMO 프리코딩에 대한 표현식을 얻기위해 사용되는 다양한 표현들을 도시한 도 1a를 다시 간단히 참조한다. 도 1a는 하나의 특정한 DMT 시간 심볼에 대한 하나의 특정한 톤을 도시한다.

ODMP의 실시예는 이하의 것을 수행함으로써 자기-FEXT의 효과를 제거한다. MIMO xDSL 다운스트림 채널 H[q,t](도 1a에서 도시됨)를 통한 송신 이전에, N개의 다운스트림 xDSL 트랜스시버에 의해 송신된 N개의 QAM 미가공 심볼들(다시, 도 1a에서 X _m [q,t] (l≤m≤N) 표현으로 표시됨)을 집합시키도록 구성된 복소 벡터 X[q,t]는 P[q,t]로서 표현되는 MIMO 선형 프리코딩을 거친다. 따라서 원단 유저에 의해 수신된 신호는 아래의 수학식으로 표현된다:

위 수학식에서, Y[q,t]는 유저에 의해 수신된 신호를 나타낸다. 또한, V[q,t]는 외부(즉, 외계) 크로스토크와 배경 노이즈를 반영시킨 벡터를 표시한다. 본 발명분야의 당업자에 의해 알려진 바와 같이, V[q,t]는 정규적이고 순환적으로 분포된다. 또한, V[q,t]는 제로 평균 벡터이며, (외부 크로스토크의 존재에서) 공간적으로 상관될 수 있지만, 정상성 가정(stationary assumption)과 함께하는 매우 짧은 xDSL 크로스토크 시간 코히어런스는 본질적으로 서로 다른 톤들 및 서로 다른 DMT 시간 심볼들에 걸쳐 제로 상관을 야기시킨다. 간략히 상술한 바와 같이, 프리코더는 MIMO 연산자이지만, 유저(즉, 도 1a에서 도시된 CPE의 N 세트)가 수신 신호 Y _m [q,t](l≤q≤N)의 복조를 독립적으로 수행하기 때문에 종단 대 종단 시스템은 완전한 MIMO 시스템과 같은 시스템 레벨로 처리될 수 없음을 유념해야 한다. 즉, 원단 유저는 협동적 방식으로 동작하지 않는다. 오히려 수신 신호의 복조는 독립적인 방식으로 유저 마다 수행된다. 따라서, ODMP의 예시적인 실시예에서, 각각의 원단 유저는 수 백 kbps 정도의 대역폭을 갖는 저속 채널을 통해 피드백 정보[다시, 함수 θ _m [q,t](1<m≤N)로 표시한다]를 CO에 송신한다. 그런 다음, CO는 최적의 프리코더를 얻기 위해 이 피드백 데이터를 프로세싱하여 습득, 추적, 및 증가 기능들을 수행한다. 일부 실시예들은 CO 중심의 프로세싱을 포함하지만, 다른 실시예들은 에러 데이터의 프로세싱이 업스트림으로 보내지기 보다는 CPE에서 국부적으로 수행되는 CPE 중심의 프로세싱을 포함할 수 있음을 유념해야 한다.

MIMO xDSL 다운스트림 채널 H[q,t]의 MIMO 채널 행렬은 다음의 수학식에 의 해 추가로 표현될 수 있다.

여기서, C는 자기-FEXT 채널을 나타내는 제로 대각 행렬을 표시한다. 따라서, 정의에 의해, 제로 대각 행렬 C는 제로 대각 원소들을 가지며, C=(C) _nd 를 만족시킨다[여기서, ( ) _nd 는 대각 원소들을 소거하는 연산자를 표시하며, 비대각항들은 변경되지 않은채로 남겨진다]. 본 명세서에서 설명된 선형 프리코더는 비대각 성분들을 반영하고 있음을 유념해야 한다. 아래의 수학식에 의해 정의되는 ODMP는 P=(I-R)인 특성을 반영한다. 정의에 의해 행렬 R이 또한 제로 대각 원소들을 가지며, R=(R) _nd 가 만족되기 때문에, 이 수학식은 MIMO 프리코더의 비대각 타이포(typo)를 정의하는 선형 프리코더군을 나타낸다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 xDSL 시스템의 총체적인 송신 전력에 대해 최소한의 영향을 미치는 ODMP를 얻는 요건을 포함하여, 다양한 성능 제약성을 충족시키고자 한다. 송신 전력을 γ로서 표시하면, 추가적인 계산은 아래의 표현식, 즉 ODMP가 구현된 N개의 공동배치된 xDSL 트랜스시버들로부터의 평균 송신 전력에서의 변경율(relative change)을 반영하는 표현식을 가져다준다.

연산자

는 다시 행렬의 프로베니우스 놈을 가리킨다. 위 수학식은 정의에 의해 TR[R]=0이라는 사실을 레버리징(leverage)한다. 따라서, 비대각 행렬 R이 모든 원단 유저들의 새논 용량을 최대화하는 것을 가정하에, ODMP가 구현된 평균 송신 전력내에서의 변경율

은 대체적으로 10^-2미만 정도가 될 것이다. 본 발명분야의 당업자는 이와 같은 값(10^-2)은 xDSL 시스템에서 무시가능한 것으로 간주된다는 것을 알 것이다. 따라서, 모든 원단 유저들을 위해 분배된 새논 용량이 최대화되는 것을 가정하에, 어떠한 추가적인 송신 전력 제약도 대각 행렬 R내로 병합되어서는 안된다는 것을 또한 유념해야 한다. 공동배치된 모든 xDSL 송신기들은 관계식

을 야기시키는

로 표시되는 동일한 다운스트림 전력을 방출한다는 것을 또한 유념해야 한다.

따라서, ODMP 구현된 "프리코딩된" MIMO-DSL 채널(

로 표시됨)은 아래의 수학식으로 표현될 수 있다.

위 수학식은 MIMO 등가적인 채널이 두 개의 하위-MIMO 채널들로 하위분할됨을 나타낸다. 첫번째 하위-MIMO 채널은 "FEXT가 없는" 대각 행렬이다. 두번째 하위-MIMO 채널은 본질적으로 비대각이며, 자기-유발된 FEXT를 반영한다.

본 명세서에서 설명된 다양한 실시예들은 FEXT의 효과를 완화시킴으로써 분 배된 새논 채널 다운스트림 용량을 최대화하고자 한다. 새논 채널 다운스트림 용량은 파라미터

에 의해 표현될 수 있다. ODMP의 존재하에서, m번째(1<m<N) 원단 유저가 체험하는 다운스트림 용량은 아래 수학식에 의해 주어진다.

(1<m<N)

여기서, C ^T _m 항은 행렬 C의 m번째(1<m<N) 행을 표시하고, R ^T _m 항은 행렬 R의 m번째(1<m<N) 행을 표시하며, σ² _Vm 항은 m번째 수신기가 체험하는 외부 및 배경 노이즈로부터의 전력을 나타낸다. 이전에 설명한 바와 같이, 원단 유저는 수신 신호의 공동 복조를 수행하지 않기 때문에, 종단 유저는 수신 신호를 협동적으로 복조하지 않을 것이기에, MIMO 새논 전체 용량은 자기-유발 FEXT의 효과를 완화시키기 위한 최적화 기준으로서 사용될 수 없다. 오히려, ODMP의 예시적인 실시예는 개별적인 다운스트림 채널들 각각의 채널 용량을 독립적으로 최대화함으로써 자기-유발 FEXT을 완화시킨다.

모든 원단 유저의 채널 용량을 최대화하는(그리고, 자기-FEXT의 효과를 궁극적으로 최소화하는) ODMP 방식은 아래의 관계식에 의해 정의되는 것으로 드러난다.

행렬 R은 N개의 행 벡터들

의 연관(concatenation)을 표시한다. 각각의 N개의 행 벡터들

은 FEXT가 m번째 수신기내로 유입되도록 야기시키는 N-1개 소스들을 프리코딩한다. 종단 유저는 협동적으로 동작하지 않기 때문에(즉, 수신 신호의 공동 변조를 수행하지 않음), 모든 종단 유저들의 용량

을 최대화하는 소스를 찾기 위해 행 벡터들

에 걸쳐 검색이 수행된다. 다음으로, 최적의 벡터들은 아래의 연산에 의해 반영된 용량의 복소 구배(complex gradient)를 동시적으로 0으로 만든다.

그 다음, 복수 구배는 새논 용량

에 적용된다. 행렬 C와 행렬 R 양쪽의 비대각 특징으로 인해 행 벡터 row _m {(CR) _nd }와 복소 스칼라 (CR) _m,m 는 R _m의 성분들에 의존하지 않음을 유념해야 한다. 최적 벡터들에 관한 N개 관계식은 다음과 같이 구해진다.

다음으로, 이 수학식을 새논 용량 표현식내로 적용함으로써 그 결과 자기-유발 FEXT 성분의 제거를 초래하고, 이로써 프리코딩된 채널의 주어진 용량(

으로 표시됨)에 대해 FEXT를 제거시킨다. 그러므로, FEXT의 효과가 제거되는 최대 용량은 다음의 표현식에 의해 나타난다.

또한, 만약 최적의 ODMP R ^o즉, [수학식 6]의 해가 간단명료를 위해 행렬 C와 동일한 "1차 근사식"으로 대체되면, 성능 손실이 초래된다. SNR ⁽¹⁾ _loss,dB 으로 표시되는 SNR에서의 관련된 변경은 아래와 같이 나타난다.

따라서, SNR에서의 손실은 다음과 같이 나타난다.

[수학식 11]에서, ρ는 행렬 C의 프로베니우스 놈의 상한(upper bound)을 나타낸다. 파라미터 ρ는 일반적으로 VDSL 시스템의 배치 한계내의 넓은 범위의 주파수들 개체(unity)에 비해 상당히 작다. 이전에 설명한 바와 같이, 송신 전력에서의 변경율은 무시가능함을 유념해야한다. 프로코딩이 구현된 평균 송신 전력은 다음과 같이 표현된다.

비제한적인 예시로서, 1,000피트의 결합 거리를 두고 3MHz에서 동작하는 25 페어 바인더를 갖는 xDSL 시스템을 고려한다. 99% 시간에서의 파라미터 ρ에 대한 전형적인 값은 이 동작 파라미터의 경우 대략 2x10^-1이다. 상기 수학식을 적용하면 ODMP의 다양한 실시예들을 이행한 결과로서의 송신 전력 변경율은 실제로 배치 시나리오의 99%내에서 10^-2보다 작음을 보여준다. 따라서, ODMP의 실시예는 ODMP 병합된 시스템의 총체적인 송신 전력에 대한 영향을 최소화하는 목적을 충족시킨다.

본 명세서에서 기술된 ODMP의 다양한 실시예들의 경우, ODMP는 채널 각각의 용량을 최대화하는 것 뿐만이 아니라, 원단에서의 개개별의 채널들 각각과 관련된 에러 분산값을 최소화해줌을 알아야한다. 이것은 일반적으로 xDSL 모뎀이 매우 낮은 비트 에러율(BER)을 갖고 동작하는 경우와 xDSL 회선에서 전형적인 높은 수준의 안정성의 조건에서는 잘 들어맞는다. 이전에 설명한 바와 같이, 다양한 실시예들은 계산이 분산된 형태로 수행되는 CPE-CO 공동 프로세싱 방식을 제공할 수 있음을 또한 유념해야 한다. 비제한적인 예시로서, 에러 데이터는 ODMP 파라미터를 생성하기 위해 개개별의 CPE 각각에서 프로세싱될 수 있고, 그런 후 프리코딩을 수행하기 위해 CO에 업스트림 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, CPE는 낮은 대역폭 채널을 통해 CO에 데이터를 송신할 수 있다.

ODMP 방식의 일부로서, 적응형 알고리즘이 CPE로부터 전달된 에러 데이터를 기초로 수행된다. 적응형 알고리즘을 수행하는 것은 주어진 xDSL 시스템에 대한 최적의 ODMP를 얻기 위해 행해지는 추정, 추적, 및 증가 단계가 수행될 수 있도록 해준다. 적응형 알고리즘의 일부로서, 초기화 프로세스가 먼저 수행된다. 적응형 알고리즘은

로서 표현되는 1차 ODMP의 최대 우도(maximum likelihood; ML) 추정으로 초기화된다. 적응형 방식은 고전적인 최소 평균 제곱(LMS) 확률 구배 방법을 따른다. 초기화는 정규 데이터 모드에서 수행되지만 프리코딩이 인에이블되지 않은 상태에서 수행된다. 초기화 단계에서의 이러한 프리코딩의 부존재는

에 의해 반영된다. 그런 다음, 1차 ODMP 벡터의 ML 추정이 아래와 같이 구해질 수 있다.

[수학식 13]에서, X _-m은 m번째 채널에서 자기-FEXT를 야기시키는 N-1개 채널들로부터 송신된 N-1개 다운스트림 QAM 심볼들을 집합시킨 N-1 크기의 벡터를 표시한다. 이것은 습득 단계로부터 초래되는 초기 ODMP를 반영한다. 이러한 초기 ODMP는 에러 샘플과 송신 QAM 심볼간의 단순한 교차 상관을 반영함을 유념해야 한다.

다음으로, 적응형 알고리즘은 데이터 모드에서 동작하지만 이 때에는 프리코 딩(ODMP)이 인에이블된 상태에서 동작한다. 이러한 적응형 방식의 일시적 단계는 습득 단계를 종료하지만, 후에 상기 방식은 최적의 ODMP의 추적 및 증가를 위해 레버리징될 수 있다. 적응형 프로세싱이 수행되는 동안, 에러 데이터는 다음과 같이 표현된다.

상기 수학식에서, t는 현재의 시간 인스턴트를 나타내고, t'는 이전의 업데이트 시간 인스턴트를 나타낸다. 적응형 방식의 전개는 모든 m번째 수신기들에서의 R _-m에 대하여(m∈{1,...,N}), 상기 수학식에서 주어진 에러 E _m [t/t']의 제곱 계수의 구배의 계산에 기초한다. 이 방법론은 고전적인 순간 확률 구배 방법에 기초한다. 상기 에러 수학식을 통해, 행 벡터({row _m (CR) _nd })와 복소 스칼라(CR) _m,m 모두가 (두 개의 행렬들 C 및 R의 비대각 구조로 인하여) R _m의 성분에 의존하지 않는다는 사실은 계산이 매우 단순화되었음을 의미하는 것임을 유념해야한다. 실제로, 상기 수학식은 어떠한 역행렬도 필요로 하지 않으며, 다음과 같이 표현되는 FEXT 교란기들의 에러 벡터와 복소 벡터간의 순간 상관성에 비례한다.

상기 수학식은 모든 수신기들에 대한 벡터

(l≤m≤N)의 아래와 같은 동시 회귀적 업데이트를 야기시킨다.

상술한 바와 같이, 적응형 알고리즘은 다음과 같이 표현되는 1차 ODMP의 ML 추정을 기초로 하여 초기화를 수행한다.

마지막으로, 상기 수학식에 의해 기재된 N개의 동시적 LMS 알고리즘들은 FEXT를 제거하면서 프리코딩된 채널에 대해 최대 용량을 제공하는 최적의 ODMP 해를 향해 수렴한다. 또한, 상술한 적응형 알고리즘은 m번째(l≤m≤N) 수신기들 마다 단지 2 x (N-1)개의 복소 곱셈 연산들만을 필요로 한다는 점에서 선형 복잡성을 나타냄을 이해해야 한다.

ODMP의 실시예는 새로운 유저가 추가될 수 있도록 ODMP의 비중단적(non-disruptive) 증가를 제공함을 또한 이해해야 한다. 일반적으로, xDSL 시스템내의 새로운 채널의 추가는 기존의 채널을 제거하는 것 보다 힘들다는 것을 본 발명분야의 당업자는 알 것이다. 추적 단계 동안에, MIMO 프리코더의 크기는 변경되지 않는다. 즉, 채널의 느린 변동을 추구하기 위해 고정된 갯수의 비대각 성분들이 업데이트된다. 하지만, 새로운 유저가 추가되는 경우에는, MIMO-DSL 채널의 크기는 커진다. 또한, 자기-FEXT 프리코더의 갯수는 증가한다.

비제한적인 예시로서, 다음은 단일 유저가 시스템에 추가되는 프로세스를 설명한다. 이와 동일한 방식이 다수의 새로운 유저들을 추가하도록 확장될 수 있음을 유념해야 한다. 일부 실시예들의 경우, 새로운 유저의 추가는 데이터 모드에서 동작하는 동안 수행되며, 이로써 기존의 N개 유저들은 [N,N] 차원 ODMP

으로부터 이익을 얻는다. 새로운 유저가 추가되면, 네트워크 관리는 CO에서 협동적인 자기-FEXT 장치에게 색인번호 N+1로 표시된 새로운 유저가 시간 t _new 에서 활성화되었음을 통지한다. 따라서, 이 시점에서, ODMP는 새로운 유저를 수용하도록 증가된다. 시간 t _new 와 시간 t _init 사이에서, 증가된 ODMP는 초기화되고, 그 후 ML 추정을 기초로 증가된다. 마지막으로, 시간 t _init 에서, LMS가 추적 목적으로 활성화된다. 따라서, 증가 프로세스는 두 개의 단계 프로세스들, 즉 초기화와 새로운 유저의 적응으로서 요약될 수 있다.

새로운 유저의 활성화 이후에 시간 t _new ≤ t ≤ t _init 동안 아래의 단계들이 수행된다. [N+l, N+l] ODMP

가 먼저 초기화되고 N+1로서 지정된 새로운 유저를 반영시킨다. 초기화 이후,

의 추정을 완료하고 추적 단계에 진입하기 위해 적응형 알고리즘이 수행된다. 초기화 및

의 습득 단계 완료 동안, N+1번째의 새로운 유저의 전력은 다음과 같이 표현될 수 있는 램핑 패턴을 따를 수 있다.

N+1번째의 새로운 유저와 관련된 송신 전력에서의 일정한 증가는 새로운 유저의 습득 및 프리코딩이 아직 수행되지 않았을지라도 다른 기존 유저에 대한 영향을 최소화한다는 점을 유념해야 한다. t = t _end 에서의 전체 습득 단계의 말미부분에서, N+1번째의 새로운 유저는 동일한 서비스를 제공하는 다른 CO포트와 동일한 전력을 송신한다. 즉

이다.

은 1차 근사식의 ML 추정으로 초기화된다(즉,

). 아래의 수학식에서 나타난 행렬 C _N+1 의 간단한 "누적 특성"은 초기화를 매우 수월하게 해준다.

실제로, 상기 수학식에서 표시된 바와 같이, 새로운 유저의 갑작스런 발생은 단지 2N개의 새로운 교차 결합 계수, 즉 C _{m, N+1} [q],(l≤m≤N){벡터 C _{N, N+1} 의 성분), 및 C _{N+1, k} [q],(l≤k≤N){벡터 C ^T _{N+1, N} 의 성분)의 추정을 필요로 한다. 제1 세트 C _{m, N+1} [q],(l≤m≤N)는 새로운 유저로부터 기존 유저상으로의 FEXT 간섭을 반영하는 반 면에 제2 세트 C _{N+1, k} [q],(l≤k≤N)는 기존의 유저에 의해 새로운 유저상으로 생성된 FEXT 간섭을 표현한다. N+1번째의 새로운 유저에 대해 아직까지 프리코딩이 수행되지 않았기 때문에, N개의 기존 유저들의 진행중인 프리코더

는 N+1번재 유저로부터 기존의 유저들로 일어나는 실제 교차 FEXT 채널을 변경시키지 않는다. 그러므로, 계수들 C _{m, N+1} [q], l≤m≤N의 ML 추정은 다음과 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식에서, X _N+1 [q,δ _n +t _new ] 항은, q의 톤과 δ _n +t _new 의 DMT 시간 심볼에 대한, N+1번째 유저로부터의 다운스트림 송신 심볼을 표시한다. 또한, δ _n , (l≤m≤T)항은 N+1번째 새로운 유저의 활성화 시간 t _new 에 대한 T개의 DMT 시간 심볼들의 증가를 표시한다. 계수 C _{N+1, k} [q], (l≤k≤N)의 추정은,

이 되도록 프리코더

의 보정을 요구한다.

상기 수학식에서,

항은

로서 계산될 수 있고, 이 는 N 크기를 갖는 정규화된 벡터이며, 이로부터 N+1번째 사용자의 기여가 제거된다. 또한,

항은 행렬

에 대한 임의의 종류의 "참조값"을 반영한다. 이 참조값은 원래 값

, 최종 값

, 평균 등일 수 있다. 행렬

의 작은 변동 특성으로 인해, 상기 [수학식 21]에서 나타난 역행렬

은 다음의 행렬, 즉

으로 효율적으로 대체될 수 있다.

의 초기화는 다음과 같이 표현될 수 있다.

행렬

의 행 벡터에 대한 후속적인 업데이트는 상기 [수학식 16]으로부터 구해지며 다음과 같이 된다.

상기 수학식에서, 벡터 R _-m 와 벡터 X _-m 는 모두 이제 N과 동일한 크기를 갖는다는 것을 유념해야한다. 마지막으로, 상술한 단계들은 새로운 단일 유저의 추가와 관련된 것이지만, 다수의 유저들이 추가될 수도 있다.

이제부터, 저속 역방향 채널이 어떻게 도 2에서 도시된 방법의 실시예를 구체화하는데 사용될 수 있는지를 도 3을 참조하여 설명한다. 구체적으로, 도 3은 에러 피드백 데이터에 대한 다양한 정밀도 레벨에 걸쳐, AWG 26에 대한 1kft의 루프 길이에서의 QAM 톤 # 696(3MHz)에 대한 다운스트림 SNR에서의 이득을 반영한 시뮬레이션 결과를 제공한다. 도 3에서 도시된 시뮬레이션 결과에서, 송신 전력 스펙트럼 밀도(PSD)는 -60dBm/Hz에서 평평하며, 대역 계획 998을 반영한다. 참조 상태는 프리코딩이 없는 데이터 모드를 반영한다. 톤 # 696의 참조 미가공 SNR은 43dB와 동일하다. 이상적인 상태는 FEXT가 없는 프리코딩된 채널을 말한다. SNR에서의 이상적인 이득은 이상적인 상태하에서의 SNR과 프리코더가 사용되지 않을때 얻어진 SNR(도 3에서는 43dB가 되는 것이 도시된다) 사이의 차이로부터 (dB로 측정하여) 구해질 수 있다. 이상적인 SNR 이득은 23.4dB와 동일하다.

도 3은

이 [수학식 16]과 [수학식 17]에 기초되는 ODMP

의 사용을 도시한다. LMS 알고리즘은 T 평균치 또는 반복 후에 획득된(또는 수렴된) ML 값으로 초기화된다. 이러한 수렴 방식은 ML(T)-LMS(K)로 표시되며, 여기서 K는 LMS 업데이트 방식의 반복 횟수를 나타낸다. 실제 상황에서의 SNR 이득은 에러의 실수부와 허수부를 코딩하기 위한 보통의 정밀도 또는 작은 수의 b 비트(즉, 복소 에러를 코딩하기 위한 (2xb) 비트들)를 가정하여 추정될 수 있다. 명칭을 위해, 실제 SNR 이득을 PG-SNR(b, T, K)로 표시한다.

도 3은 T=50 평균치에 대한 추적 단계, 추후 습득 단계 동안에서의 아래 네 개의 실제 SNR 이득들 대 LMS 반복횟수 K를 나타낸다.

PG-SNR(b=6 비트, T=50, K)

PG-SNR(b=8 비트, T=50, K)

PG-SNR(b=16 비트, T=50, K)

PG-SNR(b=64 비트, T=50, K)

습득 단계는 프리코더가 활성화되지 않은 "쇼타임"동안에 수행되는 반면에 추적 단계는 프리코더가 활성화된 상태에서 수행된다. 도 3에 도시된 네 개의 SNR 도형들은 네 개의 서로다른 에러 정밀도 레벨, 즉 b=6 비트, b=8 비트, b=16 비트(이 모든 것들은 고정점 포맷 형태임) 및 b=64 비트를 반영한다. 23.4dB의 이상적인 SNR 이득이 도 3에서 수평선으로 표시된다.

도 3의 검토를 통해, 단지 50개 점들을 기초로 습득 단계를 수행한 후에, 64 비트, 16 비트 및 8 비트의 에러 정밀도 레벨을 이용하면서 대략 14dB의 SNR내의 이득을 취득하는 것이 가능함을 알 수 있다. 또한, 대략 13.2dB의 SNR내의 이득이 6 비트의 에러 정밀도 레벨을 이용하면서 취득될 수 있다. 따라서, 단지 8비트의 에러 피드백 데이터 정밀도를 이용하는 것은 16비트 그리고 심지어 64비트의 에러 정밀도를 이용할 때와 동일한 SNR 이득을 야기시킴을 유념해야한다.

습득 단계 이후, ODMP 프리코더의 실시예에 기초된 FEXT 제거는 인에이블되고, 추적 단계는 교차 채널 "습득" 값에 의해 초기화된 LMS 방식을 이용하기 시작한다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 ODMP의 실시예에서 이용된 LMS 방식은 어떠한 정밀도 레벨에서도 빠른 수렴을 나타냄을 또한 유념해야한 다. 도 3에서 도시된 바와 같이, LMS 방식은 모든 네 개의 에러 정밀도 레벨(64 비트, 16 비트, 8 비트, 및 6 비트)에 대하여 대략 200번의 반복으로 안정상태를 향해 수렴한다. 또한, 64 비트, 16 비트 및 8 비트의 에러 정밀도 레벨의 사용은 LMS 방식으로 하여금 FEXT가 없는 성능(즉, 이상적인 상태)내의 0.2dB 까지 근접하게 수렴하도록 해준다. 따라서, ODMP의 예시적인 실시예에서, 오로지 3,200개의 에러 데이터 비트가 적응형 ODMP 수렴을 취득하는데 필요하다. 3,200개의 비트는 다른 통상적인 방법들에서 요구하는 비트의 갯수의 일부분에 불과함을 본 발명의 발명자는 알 것이다.

CO 기반의 프로세싱에서의 습득 및 추적 단계의 수렴 시간과 관련하여, 역방향 채널은 DMT 심볼 단위로 동작하며, 이 때 각각의 에러 샘플이 16 비트를 포함하고(즉, 실수부와 허수부 마다 8 비트), 각각의 DMT 심볼이 2개의 톤들의 에러 샘플들을 전송할 수 있도록, 에러 샘플들이 250 ㎲의 증가를 통해 전송되는 것을 가정한다. 이러한 가정을 기초로, 하나의 톤에 대한 ML 습득 단계 하에서, 오직 총 6.25ms만이 50개의 평균 샘플들을 수행하는데 필요한다(즉, 1,000 톤들에 대해 6.25s). 추적 단계 동안에, 1,000 톤들에 대한 200번의 LMS 반복을 수행하는데 필요한 수렴 시간은 25 초이다.

습득 단계는 시스템의 초기화때에만 한번 수행됨을 유념해야 한다. 일단 시스템이 추적 단계로 진입하면, 시스템은 유저가 추가되거나 제거될지라도, 습득 단계로 다시 진입할 필요가 없다. 또한, 시스템은 "쇼타임" 내에서 프리코딩이 인에이블된 상태로 남아 있음을 유념해야 한다.

상술한 실시예들은 단지 잠재적인 구현예들의 예시들에 불과함을 강조해둔다. 수 많은 변형과 변경이 본 발명의 원리를 일탈하는 것 없이 상술한 실시예들에 취해질 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 실시예들은 하나 이상의 여러 장치들내에서 (및/또는 이들과 연계하여) 구현될 수 있음을 강조해둔다. 보다 구체적으로, 특정 구성에 따라, 본 명세서에서 설명된 ODMP의 실시예들은 임의의 xDSL 모뎀, xDSL 액세스 멀티플렉서(DSLAM), xDSL 회선 카드, 및 기타 장비와 같은 CO 장비내에서 구현될 수 있다. 이와 같은 변경과 변형은 본 발명의 범위내에 포함되며 다음의 청구범위에 의해 보호되는 것으로 한다.

Claims

자기-유발 원단 크로스토크(self-induced far end crosstalk; 자기-FEXT)를 제거하기 위해 이산 다중-톤(discrete multi-tone; DMT) xDSL 시스템내에서 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법에 있어서,

주어진 톤 주파수에 대한 초기 비대각 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프리코더(ODMP)를 결정하기 위해 상기 xDSL 시스템 내의 복수의 N개 유저들과 관련된 특성들을 습득하는 단계; 및

상기 복수의 N개 유저들에 대한 다운스트림 자기-FEXT를 제거하기 위해 상기 초기 ODMP로부터 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계로서, 상기 ODMP는 비대각항들만을 갖는 제로 대각 행렬로서 표현되는 것인, 상기 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계

를 포함하며,

상기 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계는

상기 주어진 톤 주파수에 대한 상기 복수의 N개 유저들을 위한 채널 용량을 최대화하는 단계; 및

프리코더가 활성화되지 않은 원래 송신 전력에 비해 상기 xDSL 시스템의 송신 전력 증가를 최소화하는 단계

를 포함하는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 모든 유저들을 위한 상기 채널 용량을 최대화하는 단계는 상기 복수의 유저들과 관련된 에러 데이터 분산값(variance in error data)을 최소화하는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 습득 단계는 상기 ODMP가 인에이블되지 않은 상태에서 쇼타임 동안에 수행되는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 수렴 단계는 상기 ODMP가 인에이블된 상태에서 쇼타임 동안에 수행되는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 초기 ODMP는 중앙국(CO)으로부터 송신된 데이터와 각각의 m번째 유저를 위해 송신된 데이터와 관련된 에러 사이의 교차 상관 계수이며, 여기서, 상기 교차 상관 계수는 상기 m번째 유저 이외의 다른 모든 유저들로부터의 FEXT가 고려되도록 계산되며, 1<m<N인 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계는 상기 ODMP가 인에이블되는 동안에 최소 평균 제곱(LMS) 적응형 알고리즘을 수행하는 단계를 더 포함하며, 상기 LMS 적응형 알고리즘은,

에 의해 표현되며, 여기서 E _m [t/t']는 에러 함수를 나타내고, m은 채널을 나타내며, X _-m 은 자기-FEXT를 m번째 채널내로 유입시키는 N-1개의 채널들로부터 송신된 N-1개의 다운스트림 QAM 심볼들을 집합시킨 N-1 크기의 벡터를 표시하며,

상기 LMS 적응형 알고리즘은 상기 최적의 ODMP를 나타내며,

각각의 유저마다 단지 2(N-1)개의 복소 곱셈들이 수행되는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계는 상기 유저들로부터의 에러 데이터를 중앙국(CO)에서 수신하는 단계를 더 포함하며,

상기 에러 데이터는, 상기 ODMP를 적응적으로 업데이트하기 위해, 그리고 상기 CO에서 상기 최적의 ODMP를 향해 수렴하도록 하기 위해 상기 CO에 의해 사용되고,

상기 ODMP를 계산하는 단계는 역행렬 연산없이 수행되는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 CO는 상기 유저들로부터 상기 에러 데이터를 대략 128kbps의 대역폭을 갖는 저속 역방향 채널을 통해 수신하는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 에러 데이터는 16 비트 정밀도를 기초로 하는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 최적의 ODMP를 향해 수렴하는 단계는 상기 에러 데이터를 프로세싱하는 단계와, 상기 N개의 유저들 각각마다 상기 LMS 적응형 알고리즘을 수행하는 단계를 포함하는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 1 항에 있어서, 새로운 유저를 상기 xDSL 시스템에 추가시키기 위해 상기 ODMP를 증가시키는 단계를 더 포함하는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 증가 단계는,

제1 세트와 제2 세트를 포함하는 2N개의 새로운 교차 결합 계수들을 추정하는 단계로서, 상기 제1 세트는 상기 새로운 유저로부터의 FEXT를 기존의 유저들내에 반영시키고, 상기 제2 세트는 상기 기존의 유저들로부터의 FEXT를 상기 새로운 유저내에 반영시키며, 상기 2N개의 새로운 교차 결합 계수들을 추정하는 단계는 아래의 표현식,

에 따라 실행되는 것인, 상기 2N개의 새로운 교차 결합 계수들을 추정하는 단계와,

기존의 유저들내로의 영향을 제한시키는 단계로서, 상기 새로운 유저를 위한 전력은 상기 기존의 유저들이 체험하는 SNR에서의 변경이 최대값으로 제한되도록 최적화된 안정된 증가 프로파일을 따르며, 상기 최대값은 상기 xDSL 시스템의 미리결정된 한계와 동일한 것인, 상기 기존의 유저들내로의 영향을 제한시키는 단계

를 포함하는 것인, 송신용 데이터를 프리코딩하는 방법.
xDSL 시스템내에서의 복수의 유저들을 위한 시스템 성능을 증가시키기 위해 프리코딩된 신호를 생성하는 최적의 비대각 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프리코더(ODMP)에 있어서,

초기 ODMP를 구하기 위해, 상기 복수의 유저들과 관련된, 상기 xDSL 시스템내에 위치한 채널들의 특성들을 습득하도록 구성된 초기화 모듈; 및

최소 평균 제곱(LMS) 적응형 알고리즘을 실행함으로써 다운스트림 자기-유발 원단 크로스토크(자기-FEXT)를 감소시키기 위해 상기 초기 ODMP로부터 최적의 ODMP 를 향해 수렴하도록 구성된 추적 모듈

을 포함하며,

상기 ODMP는 비대각항들만을 갖는 제로 대각 행렬로서 표현되고, 상기 추적 모듈은 상기 복수의 유저들을 위한 채널 용량을 최대화하며, 상기 추적 모듈은 상기 xDSL 시스템의 송신 전력 증가를 최소화하는 것인, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 프리코더(ODMP).
제 13 항에 있어서, 상기 추적 모듈은 상기 복수의 유저들 각각과 관련된 에러 데이터 분산값(variance in error data)을 최소화하기 위해 상기 복수의 유저들을 위한 채널 용량을 최대화하는 것인, 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 초기화 모듈은 상기 ODMP가 인에이블되지 않은 상태에서 쇼타임 동안에 채널의 특성을 습득하는 것인, 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 추적 모듈은 또한 상기 복수의 유저들 각각으로부터 에러 데이터를 수신하도록 구성되며,

상기 에러 데이터는 업데이트된 ODMP를 계산하는데에 사용되고,

상기 업데이트된 ODMP를 계산하는 것은 역행렬 연산 없이 수행되는 것인, 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 추적 모듈은 상기 복수의 유저들로부터 에러 데이터를 대략 128kbps의 대역폭을 갖는 저속 역방향 채널을 통해 수신하는 것인, 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 에러 데이터는 16 비트 정밀도를 기초로 하는 것인, 시스템.
제 13 항에 있어서, 쇼타임 동안에 상기 xDSL 시스템에 새로운 유저를 추가하도록 구성된 증가 모듈을 더 포함하는 시스템.
다운스트림 자기-유발 크로스토크(자기-FEXT)를 사전보정하기 위한 xDSL 시스템내의 비대각 MIMO 프리코더(ODMP)에 있어서,

초기 ODMP를 획득하기 위해 CPE 채널 특성을 습득하도록 구성된 습득 모듈;

에러 데이터를 저속 피드백 채널을 통해 수신하고, 최소 평균 제곱(LMS) 적응형 알고리즘을 실행함으로써 최적의 ODMP를 획득하기 위해 쇼타임 동안에 상기 초기 ODMP를 업데이트하도록 구성된 추적 모듈로서, 상기 CPE를 위한 채널 용량을 최대화하고, 상기 xDSL 시스템의 송신 전력 증가를 최소화하도록 또한 구성되는 것인, 상기 추적 모듈; 및

새로운 CPE를 상기 xDSL 시스템에 추가하는 것과, 상기 xDSL 시스템에서 기존의 CPE를 제거하는 것 중 하나를 수행하도록 구성된 증가 모듈

을 포함하는 비대각 MIMO 프리코더(ODMP).